물리학실험 18.전류와 자기장, lenz의 법칙 결과

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물리학실험 18.전류와 자기장, lenz의 법칙 결과에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

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④실험 2b 오차’ ()
z (cm)
오차
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<결과보고서>
전류와 자기장,
Lenz의 법칙
학번:
학부:
실험자:
공동실험자:
실험날짜:
이번 실험 주제는 전류와 자기장, Lenz의 법칙으로 전류가 흐르는 원형코일에서의 자기장을 관찰하고 Lenz의 법칙을 알아보는 실험이었다. 일단 실험 1에서 나침반을 원형코일 위에 연직방향으로 세운 후 전류에 따른 N극의 회전각과 방향을 측정하였다. 처음에 원형코일 왼쪽에 (+)전선, 오른쪽에 (-)전선을 연결하였다. 실험을 하기 전에 전류는 원형코일 앞을 기준으로 전류는 시계방향으로 흐르고 자기장은 원형코일 앞을 기준으로 들어가는 방향, 즉 서쪽을 향해야 할 것이라고 생각하였다. 실험 전 예측한 것과 같이 실험을 할 때 처음에 최소전류 11.1가 측정되는 동시에 나침반 N극의 방향이 서쪽으로 20도만큼 이동하였다. 그리고 0.3의 전류를 흘려주는 순간 나침반의 N극이 서쪽으로 90도만큼 이동한 것을 볼 수 있었다. 두 번째로 (+)전선과 (-)전선을 바꿔 실험을 하였다. 실험을 하기 전 (+)전선과 (-)전선을 바꿨기 때문에 실험 결과가 전 실험과 반대가 되어야 한다고 생각하였다. 이 실험 또한 나의 예상이 적중했다. 처음에 최소전류 -11가 측정되는 동시 동쪽으로 20도만큼 나침반의 N극이 움직이고 -0.3를 흘려주니 동쪽으로 90도 움직인 것을 확인할 수 있었다. 실험 1을 마치고 실험 2를 하였는데 실험2는 실험2a와 실험2b로 나뉘어 있었다. 실험 2a는 전류의 세기를 변화시켜 자기장의 세기가 변하는 것을 관찰하는 실험이었고 실험2b는 자기센서를 원형코일의 수직방향으로 멀어지게 하여 거리에 따른 자기장의 변화를 관찰하는 실험이었다. 실험2a에서 R은 10.5cm이고 N은 200회로 고정시켰을 때 전류의 세기를 0.2A씩 증가시켜가며 자기장의 세기를 측정하였다. 그리고 로부터 전류의 세기에 따른 자기장의 이론값을 계산하여 실험값과 이론값과의 차이를 관찰하였다. 엑셀을 통하여 각각의 전류에 따른 자기장의 변화를 나타내는 그래프를 그렸는데 이론값과 측정값이 거의 비슷한 값을 나타내는 것을 보았다. 이때 대부분의 오차는 10%내외였다. 한편 실험2b에서 자기센서의 거리를 5cm씩 증가시켜가며 전류가 1.8A일 때와 -1.8A일 때의 자기장의 변화를 관찰하였다. 그리고 실험2a처럼 이론값과 측정값을 엑셀을 통해 그래프로 나타내어 비교해보았다. 실험2b 또한 이론값과 측정값이 거의 일치하는 것을 볼 수 있었다. 하지만 거리가 25cm정도 이상 되면서부터 오차가 급격하게 증가하는 것을 볼 수 있었다. 심지어 거의 끝부분에서는 오차백분율이 100%였다. 이 현상을 보고 오차가 갑자기 증가하는 이유를 생각해보았다. 이번 실험에서 컴퓨터를 통해 자기장을 측정할 때 소수점까지 자기장의 세기를 나타내는 것이 아니라 일의자리까지만 자기장의 세기를 나타냈다. 따라서 실제 자기장의 값이 0.3이라고 한다면 컴퓨터로 나타나는 값은 0으로 나타날 것이다. 예를 들면 1.8A에서 거리가 35cm일 때 측정값은 0이고 이론값은 0.51이다. 하지만 컴퓨터에서 자기장은 일의자리까지만 나타냄으로 원래 값은 소수자리의 값을 갖지만 측정값이 0으로 측정되었을 것이다. 그리고 실제로 보면 두 자기장의 차이는 고작 0.51정도 밖에 안된다. 하지만 오차백분율을 구할 때 를 해주기 때문에 오차는 100%이다. 비록 오차백분율은 크지만 실제 자기장의 측정에서 두 값의 차이는 그다지 크지 않다는 것을 보여준다. 그리고 이를 통해 컴퓨터에서 자기장을 소수점자리 까지 나타냈으면 훨씬 더 정확한 결과를 얻을 수 있을 것이라고 생각했다.
마지막 실험3에서 N극과 S극을 원형코일로부터 멀리 이동할 때 생기는 전압을 측정하였다. 일반적으로 N극과 S극을 원형코일로부터 멀리 이동시키면 원형코일에는 전자기유도현상이 일어나 코일에 전류가 흐르게 된다. 이번 실험에서 N극을 멀리할 때 전압은 0.205volt였고 S극을 멀리 이동할 때 전압은 -0.284volt였다. 전압의 세기는 S극을 멀리할 때가 N극을 멀리할 때보다 컸는데 이는 S극을 멀리 이동시킬 때의 속도가 N극을 멀리 이동시켰을 때의 속도보다 빨랐던 것을 나타낸다.
이번 실험은 전류를 흘려주면 자기장이 형성되는 것을 관찰하고, 자기장을 흘려 주었을 때
형성되는 자기장의 거리에 대한 관계를 살펴보는 실험을 했다. 실험1은 원형코일을 동서남북
에 맞게 두고 나서 전류를 흘려줬을 때 형성되는 자기장의 방향이 어디로 형성되는지를
관찰하는 실험이었다. 이 때 형성되는 자기장의 방향은 오른나사 법칙이나 앙페르 법칙을
통해 그 방향을 알 수 있다. 실험2a에서는 전류의 세기가 증가하면 자기장이 세진다는 것을
확인가능했다. 실험2b는 전류를 일정하게 했을 때 형성되는 자기장이 거리에 따라 어떻게
변하는지를 알아보는 실험이었다. 전류가 양일 때와 음일 때를 측정했는데 약간의 오차가
발생했다. 이는 실험2b의 양일 때를 측정하고 난 후 완벽하게 접지를 시키지 않았기
때문이라고 볼 수 있다. 하지만 거리가 멀어질 수록 자기장의 크기는 점점 작아진다는
것을 두 번 모두 관찰 가능했다. 마지막 실험 3 에서는 코일을 눕혀놓고 코일의 중심부분에서
자석의 N극과 S극을 각각 순간적으로 멀리하여 이때 발생하는 유도 전류의 최대값을
구해보는 실험이었다. 결국 회로와 전자기장의 상대적인 위치관계가 변할 경우, 회로에
생기는 전류의 방향은 그 변화를 저지하려는 방향으로 흐른다는 Lenz의 법칙을 실험으로
직접 확인해 볼 수 있었다. 하지만 실험1에서 보다시피 전류가 흐른 뒤 접지를 시키지 않아
나침반이 조금 돌아가는 것을 보아 자기장이 형성됨을 알 수 있었다. 따라서 실험을 진행
할 때 접지를 시켜주는 과정이 필요하다고 생각을 했다. 또한 자기장 측정 장치의 0점
보정을 제대로 하지 않아 실험 3의 최대 전류가 제대로 측정 되지 않는 것이 관찰됐다.
이를 통해 0점 보정을 실험을 진행할 때마다 진행해야 한다는 사실을 깨달았다.

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